考虑墩-梁碰撞效应的连续刚构桥系统易损性与概率地震风险性分析

为研究连续刚构桥主梁与过渡墩碰撞效应对其地震系统易损性和概率地震风险性的影响,以一座主桥跨径为(120+220+120)m的连续刚构桥为研究背景,通过模拟实际施工过程以获得真实成桥内力状态,基于等效荷载法建立考虑该内力状态的动力弹塑性分析模型,采用Hertz-damp接触模型考虑包括主梁与过渡墩碰撞在内的伸缩缝处碰撞效应。选取90条具有速度脉冲的脉冲型近断层地震动沿纵桥向输入,通过时程分析解释了墩梁碰撞过程和破坏机理;采用增量动力分析法,建立考虑桥墩和支座权重系数的全桥复合系统易损性曲线,并与一阶界限法串联模型下限和并联模型上限系统易损性曲线进行对比,将场地危险性函数与易损性函数卷积,建立概率地震风险曲线,考察桥梁系统易损性、概率地震风险性及墩梁碰撞效应的影响。结果表明,若忽略过渡墩与主桥梁体的碰撞效应,将会低估过渡墩的位移反应3~5倍,低估其地震风险性概率120%;当地震动强度为0.2g~0.6g时,轻微破坏和中等破坏的损伤概率被低估了35%~80%;地震动强度为0.6g~1.5g时,严重破坏和完全破坏分别被低估13%~68%和15%~59%。

不等高双薄壁墩结构参数对连续刚构桥力学行为影响分析

对于因地形和地貌原因而使双薄壁墩连续刚构桥相邻桥墩高度相差较大的情况,设计常采用不等高双薄壁墩。相比常规双薄壁墩,不等高双薄壁墩结构设计及优化可供借鉴和参考的成果不多。以某不等高、不等厚双薄壁墩预应力混凝土连续刚构桥为工程依托,基于有限元数值分析方法,改变低墩壁厚和墩间距,针对结构恒载作用、最大悬臂状态稳定及结构自振,采用单因素分析方法研究薄壁墩结构参数对连续刚构桥结构力学行为影响。结果表明:恒载作用下,低墩壁厚对主梁根部弯矩影响很小,对跨中弯矩影响相对较大;增大双肢间距可明显降低主跨跨中、根部弯矩。低墩稳定安全系数对壁厚更敏感;墩参数变化不改变失稳模态。随着低墩壁厚和间距增加,结构自振频率增大,壁厚、双肢间距影响结构一阶振动模态,且壁厚对一阶自振影响最显著。分析结论可供不等高双薄壁墩连续刚构桥结构设计和优化参考。

主余震序列作用下考虑断层距的桥梁风险分析

为了提高震害预测和结构震后性能评估的准确性和合理性,提出了一种考虑断层距衰减的主余震序列构造方法,并使用该方法构造了50组相关场地的地震动;以一座三跨连续梁桥为研究对象,使用OpenSees抗震分析软件进行非线性动力分析,采用改进的Park-Ang损伤指标建立易损性曲线,分析断层距对连续梁桥在不同设防主余震序列下的损伤指数和破坏概率的影响;提出震后危险性分析方法,对比分析了考虑断层距的主余震序列对桥梁结构的震后风险性影响。结果表明:余震的发生导致结构的损伤概率提高了10倍以上;在断层距10 km范围内的结构发生中度及以上破坏的风险性较大;提高设防地震等级能有效避免结构在主余震序列作用下发生严重或倒塌破坏;在震后救援和重建时考虑断层距的影响可以防止造成二次伤害。

随机车流下波形腹板组合箱梁桥疲劳寿命评估

为研究运营期内波形腹板组合梁桥的疲劳安全问题,基于WIM系统实测车辆荷载数据对桥梁疲劳寿命进行评估。利用某高速公路桥梁WIM系统实测车流数据建立随机车流模型,运用ANSYS有限元软件分析随机车流作用下波形腹板组合箱梁桥的疲劳应力,通过疲劳寿命评估方法评估波形腹板组合箱梁桥疲劳寿命,并探讨车流量变化对疲劳寿命的影响。研究结果表明:在随机车流作用下,波形腹板组合箱梁桥钢底板与波纹腹板焊缝相同折角处的应力值内侧比外侧大,导致内侧的疲劳损伤比外侧大,疲劳寿命较短;车流量变化对桥梁的疲劳损伤影响较大,随运营时间的增长,桥梁的疲劳寿命快速下降。因此,在运营期内需对桥梁运行车辆采取一定的限流限载措施。

甘溪特大桥空腹三角区施工阶段受力分析

甘溪特大桥是主跨300 m的空腹式连续刚构桥,空腹三角区上弦箱梁采用可伸缩部分立柱后支配合挂篮悬浇,下弦箱梁采用全斜拉扣挂法配合挂篮悬浇。为分析采用该施工方法在三角区临时结构体系中的受力特性,总结三角区临时结构体系施工过程中受力变化规律,验证施工方法的有效性,并提出临时扣索和支撑立柱的最佳解除时机,采用有限元结构分析软件模拟全桥施工过程。结果表明:采用该工法施工,结构受力满足规范要求。三角区施工过程中,已施工的上、下弦箱梁以受压为主,受下一节段混凝土浇筑、立柱支顶、扣索张拉等工序影响,其间会出现短暂轻微受拉状态。三角区合龙完成时,箱梁截面以受压为主,局部存在轻微受拉。全桥合龙后三角区箱梁为全受压状态,较三角区合龙状态压应力增加明显。临时扣索、立柱拆除后,上、下弦箱梁出现了明显的应力重分布,但仍为全受压状态。临时扣索索力峰值均出现在三角区合龙完成前,三角区合龙后总体呈下降趋势,临近拆除前有所回升。后方临时立柱在施工过程中支撑力总体呈下降趋势,前方立柱呈上升趋势,临近拆除前立柱支撑力增幅均较大。经比选,推荐全桥合龙后先拆立柱、再拆扣索。

桥梁预拱度对行车舒适性的影响及桥面线形调整

为研究成桥预拱度对连续刚构桥行车舒适性的影响,以多座主跨跨径为110~200 m的连续刚构桥为研究对象,首先,采用滤波白噪声法建立桥面时域模型,并与按余弦曲线设置的成桥线形叠加模拟成桥后的桥面不平度;其次,采用MATLAB/Simlink搭建车辆-桥面系统模型,以加速度均方根值(RMS)作为桥梁边跨、中跨桥面的行车舒适性评价指标,以最大瞬态振动值(MTVV)作为边跨峰值处短时内的行车舒适性评价指标;最后,分析采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度的桥梁其跨径和设计时速对边、中跨RMS值的影响,以及成桥预拱度取值对边跨3L/8处MTVV值的影响。研究结果表明:在边跨、中跨处RMS值均小于0.315 m/s^(2),说明采取经验法按照余弦曲线设置成桥预拱度并不影响中跨处的行车舒适性;在边跨3L/8处MTVV值在短时内存在大于0.345 m/s^(2)的情况,说明在边跨峰值处短时内会产生一定不舒适感。提出了一种基于桥面铺装层施工优化边跨3L/8处和边墩墩顶桥面线形的方法,改善了边跨的行车舒适性。

京广高铁联络线160m四线混合连续梁桥设计及关键技术

京广高铁联络线流溪河特大桥主桥采用(70+160+70)m四线混合连续梁方案跨越流溪河。该桥为四线铁路钢混混合梁式桥,文中介绍了该桥工程概况、结构构造及主要计算结果。为确定四线铁路混合连续梁桥的关键技术,采用结构分析软件对该桥等效跨度、边中跨比、钢梁长跨比等结构参数进行对比研究,得出0.875倍预应力混凝土连续梁跨度为等效跨度、0.45~0.5的合理边中跨比、0.35~0.4的合理钢梁长跨比等结论。该桥中跨跨中设63 m钢梁,截面采用易于运输、施工方案更灵活的分离双箱钢梁截面,提高了结构适应性;中跨钢梁的设置减小了结构自重和梁高,提高了桥梁的跨越能力,减少工后徐变;中跨中钢梁替换常规混凝土梁,大大减小了主跨自重,边跨长度可进一步减小,有利于满足高速铁路刚度要求;钢梁采用整体吊装施工方案,减少了悬灌节段数,缩短了施工工期,为铁路高速发展提供了便利。

多跨连续刚构桥地震响应时程分析

桥梁直接关系到交通体系的命脉,在整个交通工程中占重要地位。而连续刚构桥梁又因其跨越能力出众,施工容易,行车性能好,维护方便等诸多优势,成为一种常见的桥型。中国地震活动频繁,因此,对桥梁进行的抗震响应分析,用于提高桥梁的抗震能力,可以更好地满足桥梁的稳定性能。基于此,本文介绍了地震灾害对桥梁的危害性,连续刚构桥结构特点,并以淮河大桥为背景,通过建立ANSYS有限元模型,对该模型分别输入EL-CENTRO波和模拟地震波,比较分析结果,给出研究的结论。本文研究成果可为大跨度连续刚构桥的抗震设计提供参考。

三水河特大桥桥墩温度场及温度效应研究

为研究温度效应对连续刚构桥空心薄壁墩受力行为的影响,以(98+5×185+98)m变截面预应力混凝土连续刚构桥——三水河特大桥主桥为背景,通过现场温度场测试,研究桥墩垂直温度场和水平温度场的分布规律,并以实测温度场为依据,选取对桥墩刚度影响较大的桥墩高度、顺桥向宽度和壁厚作为关键参数,分析整体均匀温度T和梯度温度ΔT对空心薄壁墩受力的影响。结果表明:实测桥墩垂直温度场随着墩高的变化分布差异较小,水平温度场受日光照射影响较大,桥墩夏季的梯度温度值约为冬季的2倍。墩高对桥墩温度应力的影响基本呈反比关系,顺桥向宽度对墩底温度应力的影响呈线性增长趋势,壁厚与温度应力呈反比关系。对于长联刚构桥,为减小桥墩的温度效应,建议边主墩高度不宜小于60 m,桥墩顺桥向宽度宜尽量减小,桥墩壁厚宜取80~100 cm。

混凝土格构式桥墩连续刚构桥地震响应影响参数分析

为研究混凝土格构式桥墩几何参数对连续刚构桥地震响应的影响,以某(65+4×120+65)m连续刚构桥为背景,建立全桥有限元模型,采用反应谱法和非线性时程法分析混凝土格构式桥墩单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对该桥动力特性和地震响应的影响规律。结果表明:混凝土格构式桥墩单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对连续刚构桥的各阶振型基本没有影响;随着单肢截面尺寸、单肢纵向间距的增大及系梁道数的增加,连续刚构桥自振频率均逐渐增加,其中系梁道数对其影响较大,随着系梁道数的增加,该桥1阶、2阶自振频率逐渐增加;罕遇地震作用下,随着单肢截面尺寸、单肢纵向间距的增大及系梁道数的增加,桥墩位移逐渐减小;随着单肢截面尺寸的增大,桥墩内力明显增加,而单肢纵向间距对桥墩内力影响较小;随着系梁道数的增加,桥墩剪力逐渐增加,而墩顶及墩底弯矩逐渐降低;单肢截面尺寸、单肢纵向间距、系梁道数对墩顶、墩底塑性转角影响很小,但是墩顶、墩底塑性转角随格构式桥墩单肢截面尺寸的增大呈先增大后减小的趋势。

耐震时程法在大跨连续刚构桥纵向抗震性能评估中的应用

采用简化方法对大跨连续刚构桥的抗震性能进行高效和准确的评估,在该类桥梁的设计和加固改造时是非常必要的。耐震时程法作为一种评估桥梁抗震性能的简化方法,只需要一次时程分析就可以实现桥梁从完好到倒塌的全过程分析。为研究耐震时程法在评估大跨连续刚构桥纵向抗震性能的适用性与精确性,本文以一座大跨波形钢腹板连续刚构桥为研究对象,基于中国公路桥梁抗震设计规范设计反应谱,生成3条耐震加速度时程曲线作为地震输入,同时选择16条天然地震动进行增量动力分析,对比研究了该连续刚构桥地震响应特征。研究结果表明:耐震时程分析结果处于增量动力分析结果的包络线之内,耐震时程法中位值与增量动力分析结果的均值曲线吻合较好,因此,耐震时程分析方法可以作为大跨连续刚构桥抗震性能评估的一种高效率方法。

多跨连续刚构桥合龙顶推方案优化

为了能更好地减少多跨连续刚构桥成桥后期各个桥墩墩顶的纵桥向水平位移和结构附加内力,提出由中到边合龙依次顶推的优化方案,作出了相应的计算图示且推导了相关的理论计算公式,同时根据顶推力理论计算公式的需要,推导了变截面的主梁和桥墩的抗弯惯性矩的理论计算公式,以某六跨连续刚构桥为例,建立有限元模型,通过理论计算公式和有限元模型分别计算了优化方案的顶推力数值并进行了对比分析,验证合龙优化方案顶推力理论计算公式的有效性,然后将由边到中的原合龙顶推方案和先中后边的优化合龙顶推方案作对比,验证合龙优化方案的合理性。结果表明:相较于原方案,使用优化方案虽然增加了顶推次数,但是其每次顶推力的数值较原方案中一次顶推力的数值都有大幅减少,从而能够有效地减少顶推处的局部应力水平;优化方案能更好地调控各个墩的变形,尤其是距离主梁中点较远的桥墩,因此优化方案对墩顶的纵向水平位移和墩底的弯矩改善效果更加明显;优化方案理论计算公式计算得到的顶推力数值相比于使用有限元模型推算的顶推力数值偏大,但总的来说相差不大,满足实际工程的要求;不同的顶推方案主要的影响是桥墩的变形与内力,顶推施工对成桥后主梁的收缩徐变以及线形的影响不大。

高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析

本文以三门峡国道209上跨陇海铁路立交桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立裸墩、最大双悬臂和成桥合龙3种状态下的有限元模型,对主墩进行线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析,计算出稳定性系数,探讨不同荷载工况下稳定性的影响因素。通过调整桥墩主要设计参数,对主墩进行稳定性影响参数的敏感性分析。结果表明:全桥施工及成桥状态下,墩顶施工荷载、挂篮荷载、温度效应和车道荷载对主墩的稳定性影响较大;在稳定性影响参数敏感性分析中,随壁厚和混凝土强度等级的提高,稳定性系数逐渐增大;墩高的增加会使稳定性系数逐渐降低,但降低速率会逐渐减缓;系梁数量和位置均会对稳定性产生显著影响;随主墩高差的减小,稳定性系数逐渐降低,桥梁结构荷载重分配,墩顶主梁弯矩逐渐降低。

水平底板索连续刚构桥下挠影响因素研究

文中采用Midas/Civil研究了运营阶段预应力损失和成桥时间对水平底板索连续刚构桥下挠的影响。结果表明,顶板束预应力损失对桥梁中跨最大下挠的影响最大,其次为腹板束和底板束。随着成桥时间增加,成桥初期桥梁下挠增幅大于成桥后期桥梁下挠增幅。此外,与曲线底板索桥相比,预应力损失对水平底板索连续刚构桥中跨最大下挠影响更小。

地震作用下墩底自复位减隔震高墩连续刚构桥碰撞响应

以一座铁路高墩大跨度连续刚构桥梁为研究对象,基于椭圆形墩底自复位减隔震桥墩试验,建立多尺度有限元模型,考虑主桥和引桥碰撞响应,研究高墩连续刚构减隔震体系的地震响应规律。根据数值仿真分析结果,分别研究考虑碰撞的高墩连续刚构体系采用墩底减隔震前后、高墩连续刚构减隔震体系考虑碰撞前后体系中刚构墩和交界墩的地震响应规律。结果表明:采用减隔震措施能够有效减小考虑引桥的高墩连续刚构体系中刚构墩与交界墩的地震响应;考虑碰撞会明显降低高墩连续刚构减隔震体系中交界墩的墩底剪力与弯矩,但对刚构墩的地震响应影响并不明显。基于考虑碰撞的高墩连续刚构减隔震体系模型,参数化分析了墩高、伸缩缝间距、主引桥周期比对碰撞行为、主桥刚构墩地震响应、引桥交界墩地震响应等的影响,并给出各参数的合理取值与设计建议。

损伤情况下装配式T梁桥的横向力学性能研究

为研究不同损伤模式对装配式T梁桥横向力学性能的影响,基于比拟正交异性板法理论计算,验证了有限元模型的可靠性;并且通过刚接梁法建立了主梁损伤的横向受力模型。针对现有装配式T梁桥可能存在的破坏形式以及破坏所处位置,建立不同损伤模型,分析了桥梁损伤后横向分布系数的变化情况。结果表明:在桥梁横隔板完好的情况下,翼缘板损伤对桥梁横向刚度影响较小,而在桥梁翼缘板完好的情况下,横隔板损伤对桥梁横向刚度影响较为显著;桥梁的横向联系损伤程度对较远桥梁影响较小。当仅有单一主梁损伤时,损伤梁的影响线竖标值减小,而周围完好梁的影响线竖标值增加,而多主梁损伤的情况下,总体趋势与单一主梁损伤相似,但破坏程度更为显著。

不同承台结构形式对大跨刚构桥抗震性能的影响分析

为探究高烈度区不同承台结构形式对大跨预应力混凝土连续刚构桥梁抗震性能的影响,以某座108 m+188 m+108 m双幅双肢薄壁墩连续刚构桥为工程背景,采用时程分析方法对该桥进行三向激励,对比研究纵联横离式、纵联横联式、纵离横离式、纵离横联式共4种承台结构形式对两幅桥墩柱和桩基内力、位移动力响应的影响。结果表明:采用纵离的承台形式在纵向地震下,桩基内力需求降低了30%~70%,墩柱内力需求降低了26%~33%,且与纵联的承台形式相比,桩身拉力减少较多;采用横联的承台形式在横向地震下,桩身轴力需求降低11%,且基本不存在拉力,桩基和墩柱的内力响应虽分别增大30%和16%,但与纵向减小量的相比,增加幅度较小。因此,为提高特大桥全寿命周期的安全性和经济性,对于以地震响应为控制设计核心要素的高烈度区大跨连续刚构桥梁,建议采用纵离横联式的承台结构形式。

多跨梁拱组合连续刚构桥设计参数分析

为研究多跨梁拱组合连续刚构桥关键设计参数对结构关键截面的应力和挠度影响规律,采用有限元数值模拟的方法,对一座在建梁拱组合连续刚构桥进行了参数对比研究。首先,分析组合体系的梁拱刚度比、主梁墩顶高跨比以及主墩抗推刚度比对结构的影响规律,并与同跨径的刚构桥进行对比,得到了关键设计参数的推荐取值范围;其次,对设计参数进行正交试验,得出不同目标函数下正交试验组合最优结果。结果表明:1)不同梁拱刚度比对钢箱拱肋的应力影响显著;2)随着高跨比的逐渐增大,2种不同结构体系主梁由混凝土徐变产生的挠度差异也逐渐增大;3) 2种结构体系随着抗推刚度比变化产生的挠度变化趋势具有较大的差异;4)由正交试验结果可知,最优的设计参数取值应将梁拱刚度比由58/1减小为45/1、主梁墩顶高跨比由9.5/170减小为8.5/170。

某高墩刚构桥抗震性能分析

为合理评定高墩刚构桥的抗震性能,以某实际高墩刚构桥为算例,建立其非线性有限元模型,进行了E1,E2水准下的非线性地震时程反应分析,重点讨论了支座、桥墩以及地震碰撞反应结果,分析了不同水准地震动作用下该桥主要构件的损伤程度及地震碰撞对桥梁反应的影响,并基于现行的桥梁抗震规范开展该高墩刚构桥的抗震性能评定。结果表明:在E1水准地震作用下,该高墩刚构桥整体处于线弹性阶段;在E2水准作用下,支座、桥墩和系梁出现不同程度损伤,在EL Centro波作用下产生碰撞时,相应位置上的支座、桥墩受力情况均出现明显的阶跃现象,但未出现严重的结构损伤。两水准地震作用下该高墩刚构桥均符合抗震设防目标。

山区高墩大跨连续刚构桥稳定性影响因素研究

本文选用四川省某高墩大跨度连续刚构桥为例,通过有限元分析软件研究了该桥在最高墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段各组合工况下的结构稳定性,对比分析了桩土作用、混凝土强度、墩高、壁厚等参数对桥梁结构稳定安全系数的影响。研究表明:在最大悬臂阶段一侧挂篮坠落时结构稳定性最差;风荷载和温度荷载对结构稳定性影响较小,桩土作用对结构稳定性影响较大;随着桥墩混凝土强度的提高,结构稳定安全系数越大,但提升幅度不断减小。研究结论对于山区高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析提供了有益参考。